近年来,随着高速铁路在国内外的交通运输系统中发展规模越来越大,地位越发重要,其安全可靠性也备受瞩目。牵引供电系统是高铁唯一的动力来源,一旦其发生故障将可能导致高速列车晚点甚至停运,直接影响整个行车运行安排,造成难以估量的经济损失和社会影响。历史数据表明,高铁牵引供电设备和系统投运以来所具有的运行特性均会对其安全可靠性能产生影响,导致牵引供电设备和系统始终存在着故障风险。因此,为保障高铁运输的可靠性与经济性水平,为运营维护管理决策提供有效信息与支撑,基于运行特性、充分挖掘利用现有数据信息的牵引供电系统可靠性与风险评估工作十分必要、亟待开展。论文总结分析了高铁牵引供电设备与系统的运行特性,归纳出短时间尺度高铁牵引负荷特性、长时间尺度高铁牵引供电设备性能退化特性、继电保护对系统运行的影响特性、外界服役环境特性,以及系统维修维护影响特性,指出可充分利用牵引供电系统中现有的数据信息,从设备级和系统级的角度分别来评估其可靠性与风险状况。在可靠性方面,针对高铁牵引供电设备提出了基于运行特性的可靠性评估方法。首先基于短时高铁牵引负荷特性对变压器可靠性的影响,利用IEEE C57.110标准提供的谐波损耗因子计算谐波引起的变压器降容率,通过热路模型及其微分方程组将高铁牵引负荷特性综合量化到变压器温升计算中。在此基础上,通过Arrhenius-Weibull模型求取了变压器失效概率。同时,针对大规模同类牵引供电设备提出了基于长时退化特性的高铁牵引供电设备可靠性评估方法。通过建立设备的连续时间马尔可夫模型,将设备退化过程按照IEEE标准划分状态,并结合设备故障记录样本得到其状态停留时间与状态转移速率,然后利用均匀加速技术求解可靠性参数,估计得出评估时刻处于各个状态的牵引供电设备数量。针对高铁牵引供电系统提出了考虑继电保护运行特性的可靠性评估方法。基于继电保护对牵引供电系统可靠性的影响特性分析,根据牵引供电系统的主接线图及其组成设备建立FMEA表,定性分析系统一、二次设备的故障模式及其影响;依据FMEA表分别建立考虑继电保护的牵引变电所和接触网系统故障树模型,并采用蒙特卡罗仿真求解系统可靠性指标。实际算例分析表明,所提可靠性模型及评估方法能够通过仿真计算获取丰富直观的系统可靠性指标,并可以反映继电保护对系统可靠性的影响程度,为牵引供电系统整体可靠性评估工作提供了有效手段。牵引供电设备与系统的可靠性评估量化了其故障的可能性,为进一步考虑故障后果的严重程度,提出了基于运行特性的牵引供电设备风险评估方法。考虑外界环境等多因素影响,提出一种多因素融合的设备故障风险区间估计方法。通过改进了一种结合信度网络模型与IDM的区间概率估计方法,获得设备故障概率的区间表达结果,然后对牵引供电系统主接线结构和设备进行梳理,构建RB-FMEA来定性分析牵引供电系统各关键设备的故障模式、影响后果和风险状况,并从经济损失和时间损失两方面来量化不同故障等级设备的风险指标。同时,对牵引供电设备的检修维护加以考虑,提出一种基于故障预测的牵引供电设备状态检修风险评估方法,首先建立基于贝叶斯网络分类器模型的故障预测模型,然后将历史故障预测结果与传统检修记录的设备实际运行工况进行对比分类,获得统计参量并计算所定义的状态检修可靠性与经济性指标。结合牵引供电设备的实时检修成本和故障风险成本量化检修综合风险,以达到对状态检修效果量化和优化的目的。针对高铁牵引供电系统提出了考虑保护运行特性的风险评估方法。首先,基于保护动作跳闸统计和系统故障风险差异特征,分别从时间和空间差异特性方面提出了反映牵引供电系统风险的评估方法,构建其指标体系。以实例分析说明了所提风险评价方法和指标能够深度揭示高铁牵引供电系统跳闸故障的风险差异特征,充分反映外部环境影响规律及系统的防灾抗灾能力。同时,考虑继电保护可靠性提出一种牵引供电系统风险评估方法,基于Markov状态空间法评估继电保护可靠性,然后运用FMEA故障影响因素分析方法,梳理分析继电保护故障以及可能导致的后果,并通过定义三类经济损失指标建立牵引供电系统风险后果量化模型;结合风险概率与后果得到风险评估指标,实现牵引供电系统风险量化。通过量化继电保护对牵引供电系统风险程度的影响,有助于提高牵引供电系统安全运行水平。通过论文的理论方法研究和实例分析表明,本文从牵引供电设备和系统的运行特性出发,充分考虑内外部多因素影响,实现了牵引供电设备级、系统级的可靠性与风险量化评估,能够为牵引供电系统运维检修等相关决策提供有效数据支撑和决策信心,以提高牵引供电设备和系统的运行可靠性,降低甚至规避故障风险。